“GPS氣象應(yīng)用”課程建設(shè)＊

薛豐昌，趙顯富，王曉英

（南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院，江蘇 南京210044）

0 引 言

在測繪數(shù)據(jù)采集過程中，氣象要素是影響數(shù)據(jù)精度的原因之一，因此測繪科學(xué)技術(shù)、測繪儀器的發(fā)展一直與氣象科學(xué)有著較為密切的關(guān)系。在氣象領(lǐng)域，測繪儀器應(yīng)用于氣象觀測也有著較為悠久的歷史，如經(jīng)緯儀是測繪專業(yè)早期最主要的測繪儀器，后被氣象部門應(yīng)用于觀測探空氣球在空間的方位角和俯仰角，并計算得到風(fēng)向、風(fēng)速，形成了測風(fēng)經(jīng)緯儀。

近代測繪技術(shù)與氣象科學(xué)相交叉，形成了諸多交叉研究領(lǐng)域，高端測繪儀器、測繪系統(tǒng)應(yīng)用于氣象科學(xué)研究得到了廣泛重視，如美國、我國的香港相繼開展了GPS在短期天氣預(yù)報中的應(yīng)用研究，并形成了自己的實用系統(tǒng)[1－2]。伴隨著GPS反演氣象要素能力和精度的提高，GPS正逐步成為氣象部門常規(guī)探測儀器，測繪獲取的地理空間信息正更加廣泛地應(yīng)用于氣象服務(wù)[3－5]。

南京信息工程大學(xué)前身是有“中國氣象人才搖籃”美譽(yù)的南京氣象學(xué)院，目前是江蘇省人民政府和中國氣象局共建的全國重點高校?！癎PS氣象應(yīng)用”是我校測繪工程專業(yè)為貫徹落實我校全面服務(wù)中國氣象事業(yè)，為中國氣象事業(yè)輸送越來越多的高質(zhì)量氣象人才的發(fā)展理念和“就業(yè)導(dǎo)向”戰(zhàn)略，在2009版測繪工程專業(yè)培養(yǎng)計劃中設(shè)立的測繪與氣象結(jié)合的特色課程。

1 課程建設(shè)目標(biāo)與建設(shè)意義

“GPS氣象應(yīng)用”是我校測繪專業(yè)區(qū)別于國內(nèi)外其他高校測繪專業(yè)的特色專業(yè)方向，這一方向能否得到發(fā)展、能否完善地建立起課程內(nèi)容體系，關(guān)系到我校測繪專業(yè)學(xué)科發(fā)展和專業(yè)建設(shè)。由于傳統(tǒng)測繪正向信息化測繪轉(zhuǎn)化，測繪學(xué)科與氣象學(xué)科有廣泛的結(jié)合點，GPS氣象應(yīng)用是測繪學(xué)科與氣象學(xué)科交叉形成的具有示范意義的研究方向。

課題通過進(jìn)行“GPS氣象應(yīng)用”課程建設(shè)，將測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)科優(yōu)勢與我校氣象學(xué)科優(yōu)勢相結(jié)合，拓展測繪工程專業(yè)畢業(yè)生知識結(jié)構(gòu)，提高測繪工程專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)能力，使得我校測繪專業(yè)形成自身鮮明的科研與人才培養(yǎng)特色。

“GPS氣象應(yīng)用”課程建設(shè)具體目標(biāo)包含以下三點：

1）全面、系統(tǒng)總結(jié)常規(guī)測繪儀器、GPS以及測繪數(shù)據(jù)處理方法在氣象觀測、氣象服務(wù)中應(yīng)用的技術(shù)方法和技術(shù)體系，形成規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的知識模塊；

2）編寫”GPS氣象應(yīng)用”教學(xué)大綱、講義（教材）；

3）建設(shè)氣象測繪實驗、實習(xí)基地。

2 課程建設(shè)方案

課程的建設(shè)方案如圖1所示：

圖1 GPS氣象應(yīng)用課程建設(shè)方案

3 課程教學(xué)目標(biāo)與知識模塊設(shè)計

3.1 教學(xué)目標(biāo)

本課程是測繪工程專業(yè)與與氣象學(xué)科相交叉的特色課程，其任務(wù)是通過課程教學(xué)使學(xué)生掌握GPS技術(shù)在氣象學(xué)上的基本應(yīng)用，重點掌握GPS技術(shù)探測水汽的基本原理、基本知識，通過野外實驗和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析問題的能力和解決問題的能力，為日后工作打下基礎(chǔ)。

3.2 知識模塊設(shè)計

1）測繪技術(shù)在氣象上的應(yīng)用綜述（2學(xué)時）

①掌握地基GPS測水汽的主要應(yīng)用；②熟悉地基GPS測水汽業(yè)務(wù)化進(jìn)程；③理解地基GPS測水汽特點；④了解GPS、GIS技術(shù)在氣象上的其它應(yīng)用；⑤初步了解各國GPS技術(shù)在氣象中的應(yīng)用情況；

2）地基GPS技術(shù)測水汽原理（4學(xué)時）

①掌握地基GPS技術(shù)測水汽原理；②熟悉干延遲計算模型；③理解平均溫度Tm；④了解地基GPS技術(shù)測量臺站上空大氣可降水量IPW的研究情況；⑤初步了解地基GPS技術(shù)在氣象中的發(fā)展方向；

3）水汽層析技術(shù)（2學(xué)時）

①掌握水汽層析技術(shù)原理；②熟悉GPS水汽層析技術(shù)的基本條件；③理解GPS水汽層析技術(shù)的關(guān)鍵問題；④了解我國水汽層析研究概況；⑤初步了解國外水汽層析研究進(jìn)展；

4）GPS高精度解算軟件在地基GPS測量水汽中的應(yīng)用（6學(xué)時）

①掌握GPS高精度解算軟件BERNESE解算天頂延遲和梯度的基本流程；②熟悉BERNESE基本菜單功能；③理解BERNESE與一般GPS解算軟件的區(qū)別；④了解運(yùn)行BERNESE所需各種文件的下載方法；⑤初步了解GAMIT，GIPSY等GPS高精度解算軟件；

5）天基GPS技術(shù)（2學(xué)時）

①掌握天基GPS技術(shù)應(yīng)用方向；②熟悉天基GPS技術(shù)原理；③理解地基GPS與天基GPS的不同及各自特點比較；④了解天基GPS技術(shù)構(gòu)成部分；⑤初步了解各國天基GPS發(fā)射星座情況；

4 師資力量培養(yǎng)

“GPS氣象應(yīng)用”是氣象科學(xué)與測繪科學(xué)技術(shù)交叉課程，要求任課教師具有較為深厚的氣象科學(xué)與測繪科學(xué)理論與技術(shù)基礎(chǔ)，目前師資較為緊缺，為此我們采取以下措施培養(yǎng)任課師資力量：

1）選拔優(yōu)秀的具有碩士學(xué)位的從事GPS教學(xué)的青年教師報考我校與中國大氣科學(xué)研究院的大氣遙感、3S集成與氣象應(yīng)用專業(yè)的博士研究生，從事GPS氣象應(yīng)用研究；

2）鼓勵、促進(jìn)具有博士學(xué)位的青年教師申報GPS氣象應(yīng)用研究課題；

3）組織GIS、GPS、遙感方向的青年教師形成GPS氣象應(yīng)用教學(xué)、科研團(tuán)隊。

通過以上措施，建設(shè)了一支厚基礎(chǔ)、寬領(lǐng)域的教學(xué)隊伍。

5 未來發(fā)展方向

在今后的發(fā)展中，我們將繼續(xù)依托我校大氣科學(xué)、氣象科學(xué)優(yōu)勢，同氣象部門保持?jǐn)?shù)據(jù)共享、人才合作培養(yǎng)并參與項目實施，立足于我國”北斗”導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)，重點開展如下三個方面的教學(xué)與科學(xué)研究：

1）GNSS層析四維水汽場研究

地基GNSS已經(jīng)成為大氣水汽的常規(guī)探測手段，利用GNSS層析大氣四維水汽場是目前國際研究前沿，其中關(guān)鍵技術(shù)是斜路徑的濕延遲計算精度。擬發(fā)展新的精度更高的斜路徑濕延遲模型，為四維水汽場層析提供可靠的高精度斜路徑PWV，保證四維水汽場的層析精度。

2）可降水量PWV與實際降水的關(guān)系機(jī)理研究

PWV與實際降水存在關(guān)系，目前PWV對于實際降水的指標(biāo)關(guān)系還沒有研究具體，更多地停留在定性的描述上。擬開展可降水量PWV與實際降水的關(guān)系機(jī)理研究，讓PWV對短時暴雨災(zāi)害的預(yù)報數(shù)字化，精細(xì)化。

3）GNSS水汽產(chǎn)品開發(fā)

預(yù)報員以數(shù)值預(yù)報模式、雷達(dá)、衛(wèi)星云圖等提供的產(chǎn)品為依據(jù)進(jìn)行天氣預(yù)報，要想更好地發(fā)揮GNSS在氣象上的探測服務(wù)水平，在正確研究PWV與實際降水的關(guān)系機(jī)理基礎(chǔ)上，要致力于開發(fā)可視化、精細(xì)化和多樣化的GNSS水汽產(chǎn)品，為預(yù)報員提供直觀明確的天氣預(yù)報判斷依據(jù)。

[1]李國平，陳嬌娜，黃丁發(fā)，等.地基GPS水汽實時監(jiān)測系統(tǒng)及其氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用 [J].武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版，2009，34（11）：1328－1333.

[2]張雙成，葉世榕，劉經(jīng)南，等.基于IGS超級跟蹤站的近實時GPS氣象研究及應(yīng)用[J].測繪科學(xué)，2008，33（2）：93－97.

[3]郭 潔，李國平.地基GPS探測水汽的發(fā)展與氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用[J].大地測量與地球動力學(xué)，2007（27）：35－43.

[4]郭志梅，李 黃，繆啟龍.GPS探測氣象參數(shù)的技術(shù)進(jìn)展[J].氣候與環(huán)境研究，2008，13（2）：213－226.

[5]田福娟，鄒 璇.基于區(qū)域CORS網(wǎng)的高精度近實時GPS氣象研究[J].測繪信息與工程，2009，34（6）：15－18.